2.4. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии

2.4.1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания

В соответствии с методом свертывания, отдельные участки схемы упрощают и постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному) сопротивлению, включенному к зажимам источника. Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно соединенных сопротивлений одним, эквивалентным по сопротивлению. Определяют ток в упрощенной схеме, затем возвращаются к исходной схеме и определяют в ней токи.

Рассмотрим схему на рис. 2.32. Пусть известны величины сопротивлений R1, R2, R3, R4, R5, R6, ЭДС Е. Необходимо определить токи в ветвях схемы.

Сопротивления R₄ и R₅ соединены последовательно, а сопротивление R₆ - параллельно с ними, поэтому их эквивалентное сопротивление

Рис. 2.32                                                       Рис. 2.33

После проведенных преобразований схема принимает вид, показанный на рис. 2.33, а эквивалентное сопротивление всей цепи

Ток I₁ в неразветвленной части схемы определяется по формуле:

Найдем токи I₂ и I₃ в схеме на рис. 3.2 по формулам:

I₃ = I₁ - I₂ - формула получается из уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа: I₁ - I₂ - I₃ = 0.

Переходим к исходной схеме на рис. 2.32 и определим токи в ней по формулам:

I₆ = I₃ - I₄ (в соответствии с первым законом Кирхгофа I₃ - I₄ - I₆ =0).

2.4.2. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом подобия или методом пропорциональных величин

Возьмем электрическую схему на рис. 2.32, зададимся произвольным значением тока в сопротивлении R₆, наиболее удаленном от источника питания. По заданному току и сопротивлению R₆ определим напряжение . Далее определим:

,    ,

,    ,

;    .

Находим значение ЭДС

.

Найденное значение ЭДС отличается от заданной величины ЭДС   Е.  Вычислим коэффициент подобия . Умножим на него полученные при расчете значения токов и напряжений, находим действительные значения токов цепи.

2.5. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии

2 .5.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа

На рис. 2.34 изображена схема разветвленной электрической цепи. Известны величины сопротивлений и ЭДС, необходимо определить токи. В схеме имеются четыре узла, можно составить четыре уравнения по первому закону Кирхгофа.

Укажем произвольно направления токов. Запишем уравнения:  (2.1)

Сложим эти уравнения. Получим тождество 0 = 0. Система уравнений (2.1) является зависимой. Если в схеме имеется n узлов, количество независимых уравнений, которые можно составить по первому закону Кирхгофа, равно n - 1. Для схемы на рис. 2.34 число независимых уравнений равно трем.

(2.2)

Недостающее количество уравнений составляют по второму закону Кирхгофа. Уравнения по второму закону составляют для независимых контуров. Независимым является контур, в который входит хотя бы одна новая ветвь, не вошедшая в другие контуры.

Выберем три независимых контура и укажем направления обхода контуров. Запишем три уравнения по второму закону Кирхгофа.

(2.3)

Решив совместно системы уравнений (2.2) и (2.3), определим токи в схеме. Ток в ветви может иметь отрицательное значение. Это означает, что действительное направление тока противоположно выбранному нами.